(57)【要約】  プレス機に取り付けられるホットプレス用プレス工具は、第１圧盤（１２）への固定のための第１手段（２９；６０）を有する第１工具部（２）と、第２圧盤（１０）への固定のための第２手段（１３、１４；６０）を有する第２工具部（３）（前記２つの工具部は、遠隔位置と、プレスチャンバ（３００）を定義する近接位置の間で相互に移動可能である）と、プレスチャンバの内部空間を加熱する手段（５）とを備え、第１および第２工具部はそれぞれ、前記プレスチャンバに収容されるプレス対象物の対向面に押圧力を印加可能な第１プレス部材および第２プレス部材（２８、３８）をさらに備える。本発明によれば、前記加熱手段は、光放射により加熱を行う手段（５）であり、前記工具が放射エネルギーを前記対象物の方向に集束させることができる集束手段（２６、２８、４６）をさらに備える。この方法により、光放射は、プレス対象物全体に向けられるが、この放射のうち、この対象物の横方向端部の外側に向かう部分は実質的に存在しない。この工具の好ましい用途は、固体リチウム電池の製造であるが、これに限定されるものではない。
2019526450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス機に取り付けられるホットプレス工具（Ｏ１；Ｏ２）であって、
第１圧盤（１２）上に固定するための第１手段（２９；６０）を有する第１工具部（２）と、
第２圧盤（１０）上に固定するための第２手段（１３、１４；７０）を有する第２工具部（３）とを備え、
前記２つの工具部は、遠隔位置と、プレスチャンバ（３００）を定義する近接位置との間で相互に移動可能であって、
前記プレスチャンバの内部空間を加熱する手段（５）を備え、
前記第１および第２工具部はそれぞれ、前記プレスチャンバに収容されるプレス対象物の対向面に押圧力を与えるのに適した第１プレス部材および第２プレス部材（２８、３８）をさらに備え、
前記加熱手段（５）が光放射により加熱を行う手段（５）であり、前記工具が放射エネルギーを前記対象物の方向に集束させることができる集束手段（２６、２８、３６、３８、４６）をさらに備える
ことを特徴とする、ホットプレス工具。
【請求項２】
前記加熱手段は、光放射により加熱を行う少なくとも１つの部材（５）を備え、各加熱部材は
少なくとも１つのクオーツランプ（５１）と、
各ランプ（５１）を収容するスリーブ（５２）と、
前記スリーブの軸方向に延びる少なくとも１つのキャップ（５３、５４）であって、その対向する壁および前記スリーブの対向する壁が、熱伝導流体源と連通するように配置され得る環状空間を定義する、少なくとも１つのキャップとを備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の工具。
【請求項３】
前記プレス部材の１つが、前記プレス対象物が戴置される多角形状、とりわけ矩形状の台座（２８２）を定義し、
光放射により加熱を行う部材（５）が、この多角形台座の各辺に沿って設けられる
ことを特徴とする、請求項２に記載の工具。
【請求項４】
各加熱部材（５）は、前記光放射の放出のための開口部（４７）が設けられた開放ハウジング（４５）に収容される
ことを特徴とする請求項２または３に記載の工具。
【請求項５】
前記集束手段が、各加熱部材を収容する前記ハウジング（４５）の壁の一部である反射部（４６）を備え、
前記反射部が、前記加熱部材の放射領域（５１）に面して配置され、前記反射部のコーティングが前記光放射エネルギーを送り返し得る
ことを特徴とする、請求項４に記載の工具。
【請求項６】
前記ハウジング（４５）の壁が、具体的には前記キャップである前記加熱部材の非放射領域（５４）に対向する、吸収部（４６’）と呼ばれる少なくとも１つの部分をさらに備え、
前記吸収部のコーティングが前記放射エネルギーの吸収に適している
ことを特徴とする、請求項５に記載の工具。
【請求項７】
第１工具部（３）が、加熱部材を収容する前記ハウジング（４５）または各ハウジング（４５）を定義する環状支持部材（４）を有する
ことを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載の工具。
【請求項８】
前記環状支持部材（４）が、第２工具部（２）に対して停止し得る、自由正面（４２）と呼ばれる正面を備える
ことを特徴とする、請求項７に記載の工具。
【請求項９】
前記自由正面と前記第２工具部の間に封止手段が設けられ、前記封止手段は具体的には前記自由正面（４２）に設けられる少なくとも１つの溝（４２’）に収容される少なくとも１つのＯリング（４２”）である
ことを特徴とする、請求項８に記載の工具。
【請求項１０】
前記環状支持部材（４）が、少なくとも１つの切欠部（４８）により凹んでおり、この支持部材の外面（４４）からそれぞれの収容ハウジング（４５）へのアクセスを可能にしている
ことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１１】
前記環状支持部材（４）が、各切欠部を覆う少なくとも１つのシャッター（４８’）を有し、
前記シャッターは前記外面（４４）に着脱可能に固定される
ことを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１２】
前記２つの工具部をプレス方向に対して横方向に相互に位置決めすることを可能にする横方向位置決め手段（２Ｅ、４２Ｅ）を備える
ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１３】
前記横方向位置決め手段が、それぞれ前記支持リング（４）の上および前記第２工具部（２）の上に配置される補完肩部（２Ｅ、４２Ｅ）を備える
ことを特徴とする、請求項１２に記載の工具。
【請求項１４】
前記放射エネルギーを集束させる前記手段が、各工具部について、前記放射開口部（４７）と前記プレス対象物が戴置される前記台座（２８２）との間の前記放射の軌道に沿って配置される、前記光放射を集束させる部材（２８、３８）および前記光放射を反射する部材（２６、３６）を備える
ことを特徴とする、請求項４〜１３のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１５】
前記光放射を集束させる前記部材（２８、３８）が２つの対向する正面を備え、前記２つの対向する正面が斜め側面（２８３）により結合され、各側面がそれぞれの加熱部材（５）に隣接している
ことを特徴とする、請求項１４に記載の工具。
【請求項１６】
前記光放射を集束させる前記部材（２８、３８）は、シリカ製である
ことを特徴とする、請求項１４または１５に記載の工具。
【請求項１７】
前記光放射を集束させる各部材（２８、３８）がプレス部材を形成し、
前記光放射を集束させる前記下側部材の上側正面が前記受け入れ台座（２８２）を形成する
ことを特徴とする、請求項１５または１６に記載の工具。
【請求項１８】
前記光放射を反射する前記部材（２６、３６）が、前記光放射を集束させる前記部材（２８、３８）の正面（２８１）に対して配置される
ことを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１９】
前記光放射を反射する前記部材（２６、３６）は、研磨されたアルミニウム製であることを特徴とする、請求項１８に記載の工具。
【請求項２０】
前記プレスチャンバ（３００）を制御雰囲気下に配置し、不活性ガス供給源および／または真空源に接続され得る手段（４９）をさらに備える
ことを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の工具。
【請求項２１】
各工具部をそれぞれの圧盤に固定する前記手段が、機械式の着脱可能な固定手段、具体的にはねじ留め（１３、１４、２９）である
ことを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の工具。
【請求項２２】
各工具部をそれぞれの圧盤に固定する前記手段が、磁気式の着脱可能な固定手段（６０、７０）である
ことを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の工具。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項によるプレス工具を実現する方法であって、
前記２つの工具部（２、３）を相互に離間した位置に配置し、
少なくとも１つのプレス対象物（２００）を前記プレス台座（２８２）に戴置し、
前記工具部を相互に近接する位置に移動させてプレスチャンバ（３００）を定義し、前記物体を前記プレスチャンバに閉じ込め、
前記チャンバの内部空間を目標温度まで加熱し、
前記チャンバの内部空間を前記目標温度に近い温度に保ちつつ、前記対象物の対向する面に圧力を加える、方法。
【請求項２４】
前記プレスチャンバの内部空間を大気圧より相当低い圧力、例えば、１０−３ミリバール以下とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
具体的には不活性ガスであるガスを前記プレスチャンバの内部空間に導入する、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記対象物（２００）の対向する面（２０１、２０２）の少なくとも一方を、前記光放射エネルギーの吸収により適した機械的保護要素（２０４、２０５）、具体的には暗色コーティングを施した保護板で覆う、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記対象物が少なくとも１つの基本セルよりなる積層体であり、前記基本セルのそれぞれがアノード層、カソード層および固体電解質の中間層から形成される、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記チャンバの内部空間の温度を４００℃〜７００℃とし、かつ、１００ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力を前記対象物の対向する面に印加する、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記チャンバの内部空間の温度を１００℃〜２００℃とし、かつ、５ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力を前記対象物の対向する面に印加する、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
請求項２１に記載の工具を実現するために、各工具部を個別にそれぞれの圧盤に機械的に固定する、請求項２３〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
請求項２２に記載の工具を実現するために、前記２つの工具部を磁気的に第１圧盤に固定し、
そこへ第２圧盤を近づけて前記第２工具部を前記第２圧盤に磁気的に固定し、  前記第２圧盤を前記第１圧盤から遠ざけて前記２つの工具部を互いに引き離す、請求項２３〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記プレス工具の前記プレス部材の間に、複数のプレス対象物を重ねて配置する、請求項２３〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１圧盤と前記第２圧盤の間に、複数のプレス工具を重ねて配置する、請求項２３〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載のプレス工具（Ｏ１；Ｏ２）と、
第１圧盤および第２圧盤（１０、１２）と、
前記プレス工具および前記圧盤を制御する手段（１０６）と、
前記プレス対象物を前記プレス工具の前記プレス台座に戴置し、プレス後に前記プレス台座から前記対象物を取り出すのに適した操作手段（１１２、１１４）と
を備えた物品製造設備。
【請求項３５】
前記プレスチャンバを制御雰囲気下に配置する前記手段（４９）への接続に適した真空源（１１０）および／またはガス源（１１１）をさらに備える
ことを特徴とする、請求項３４に記載の物品製造設備。
【請求項３６】
請求項３４または３５のいずれか一項に記載の設備を用いて全固体リチウムイオン電池を製造する方法であって、
それぞれアノード層、カソード層および固体電解質の中間層により形成される少なくとも１つの基本セルよりなる積層体を、前記操作手段により前記プレス台座に配置し、
前記積層体を前記プレス工具によりホットプレスし、
プレス後に、前記積層体を前記操作手段により前記プレス台座から取り出し、
プレスされた前記積層体に対し、少なくとも１つの後仕上げ処理を施して、前記全固体リチウムイオン電池を得る、方法。
【請求項３７】
前記電池の少なくとも１つの層、好ましくはすべての層の多孔率が、２０％未満、好ましくは１０％未満、さらにより好ましくは５％未満となるように前記プレス動作を行う、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
請求項３６または３７に記載の製造方法により得られうる、全固体リチウムイオン電池。
【請求項３９】
前記電池の少なくとも１つの層、好ましくはすべての層の多孔率が、２０％未満、好ましくは１０％未満、さらにより好ましくは５％未満である、請求項３８に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス機に取り付けられるホットプレス工具に関する。特に、本発明は、制御雰囲気下、具体的には真空下で動作するプレス工具に関するが、かかる用途のみに限るものではない。本発明の目的は、かかるホットプレス工具を実現する方法も含む。本発明の別の目的は、かかるホットプレス工具を備えた物品製造設備である。この設備の好ましい用途は、全固体リチウムイオン電池の製造であるが、それのみには限られない。最後に、本発明は、かかる設備を実現する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の方法では、ホットプレス工具は、一般的にそれぞれ上下２つの工具部からなり、それぞれの圧盤上に取り付けられる。圧盤は、一般的にはシリンダである運動手段の作用下で互いに可動である。２つの工具部は、したがって互いに離間した位置および互いに近接した位置に置かれ得る。近接位置において、２つの工具部は、製造される物品を形成する要素をプレスするための収容チャンバを定義する。
【０００３】
さらに、かかるホットプレス工具は、上記チャンバの内部空間を十分なプレス加工を行うのに適した温度にする加熱手段が設けられる。最後に、この工具を真空で動作させる場合、チャンバの内部空間を真空状態にする手段が設けられる。チャンバ内の印加圧力、温度および任意の真空の数値はそれぞれ、この工具および製造される物品の性質によって決まる。
【０００４】
上述の種類のホットプレス工具は、様々な種類の製品の製造についてすでに提案されている。例えば、平面導波路の製造に関する中国特許第１０３１５８２５２号および第１０１７５８６３８号、樹脂製部品の製造を目的とする日本特許第５５７６６３６号、パッド状物品の製造に関する欧州特許第２２５１１８８号、合金の製造について記述する中国特許第１０１４６８３７０号などである。これらの文献において、加熱は電気的にまたは誘導により行われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した先行技術の工具には、特に熱レベルに大きな限界がある。実際に、これらの工具の使用時には、発生した熱が、プレスされる部分を形成する要素が配置されている対象領域の外側へ著しく放散される。従って、そのプレス方法を実行する温度範囲を考えると、極めて大量の熱を発生させる必要がある。
【０００６】
さらに、上述の先行技術では、使用中の温度は、厳密に言えばプレス領域のみならず、その近傍においても非常に高い。この状況において、ジョイントやその同等物といった工具が正しく動作するために必要な補助要素の機械的製造は妥協を要する。
【０００７】
まず、全体の寸法を制限するために、プレス領域からの距離が小さくなる位置にこれらの要素を配置することが選択されうる。この場合、これらの要素は、相当な耐熱性を有していなければならないが、これは製造コストの面において好適ではない。あるいは、かかる補助要素を比較的低コストで製造することが選択されうるが、この場合、補助要素の耐熱性は低いため、これらをプレス領域から相当に離間した位置に配置することとなり、工具の寸法が著しく増大してしまう。
【０００８】
また、米国特許第７４７３０８８号により、光放射による熱源を備えるマイクロインプリントまたはナノインプリント装置が提案されている。しかし、この文献の教示は、上述の熱放散の問題に対して十分な解決法をもたらすものではない。
【０００９】
本発明の好ましい使用分野は、本文献において全固体Ｌｉ−ｉｏｎ電池と称する全固体リチウムイオン電池の製造であるが、これに限定されるものではない。かかる電池は、実質的に少なくとも１つの基本セルから構成されるが、各基本セルは３つの層、すなわち、アノード層、カソード層、および電解質からなる中間層の集合体により形成される。
【００１０】
本発明は、異なる範囲の圧力および温度に関係する、かかる電池の２つの主な製造モードに適用することができる。まず、動作は一般的に４００°Ｃ〜７００°Ｃの高温、および一般的に２０ＭＰａ〜２００ＭＰａの高圧下で行うことができる。この場合、上述の層の組立は、焼結または「拡散接合」（または拡散溶接）により行われる。あるいは、動作は一般的に１００°Ｃ〜２００°Ｃの低温および一般的に５ＭＰａ〜１０ＭＰａの低圧下で行うこともできる。この場合、上述の層の組立は接着または重合により行われる。
【００１１】
仏国特許第２９５６５２３号には、焼結による組立を伴う全固体電池の製造方法が記載されている。この方法では、上述の三層が型に入れられ、それらに１００ＭＰａの圧力が７分間印加される。このことにより、三層が相互に焼結され、所望の密着がもたらされる。プレス動作は、真空下、６５０℃まで漸進的に加熱しながら行われる。この温度勾配は、電気加熱、すなわちパルス状の直流の印加により得られる。
【００１２】
米国特許第７６９５８６５号には、接着により薄層の組立を実現する電池の製造方法が記載されている。この方法は、光学装置による加熱を行う。プレス温度は１２０℃以下である一方、圧力は５０ｋｇ／ｃｍ〜５００ｋｇ／ｃｍである。
【００１３】
しかし、後者の２つの解決法には、一定の限界がある。実際に、仏国特許第２９５６５２３および米国特許第７６９５８６５号は、製造方法に関する実質的な仕様を提供しているが、これらは対応する設備について概略的に記述しているにすぎない。したがって、これらの文献を一読しても、構造レベルについての有意義な情報を得ることはできない。特に、これらの文献からは、熱放散の管理に関する教示、すなわち上述した技術的問題を解決できる有益な教示は得られない。
【００１４】
さらに、米国特許出願第２０１６／１８３３２７号には、複合材料を加熱する２つのシェルを含む装置が記載されている。これらのシェルは、前記複合材料を収容するチャンバを定義する。この材料と、発光ダイオード（Light Emitting Diode）（ＬＥＤ）からなる複数のモジュールにより形成される上側シェルとの間に、フィルムを挿入することができる。収容チャンバに配置される複合材料の加熱は、ＬＥＤにより行われる。この文献は、光の放射、誘導、分布および方向変換をほのめかしているにすぎない。
【００１５】
独国特許出願第２０  ２００６  ００８３９９号は、シャフトおよびエンボス層を含む押し型について記載している。エンボス層は、処理対象の基板と協働する活性面を有している。一実施形態では、シャフトとエンボス層は少なくとも部分的に透明な材料から構成されており、点線矢印にそって光が通過することを可能にしている。この文献は、シャフトの先端の壁を介した光エネルギーの単純な伝送を教示している。
【００１６】
米国特許第２３１２２３２号は、液体による冷却を含む光生成装置について記載している。この装置は、特にガラスまたはクオーツ製の管で囲まれた水銀ランプにより形成されるランプユニットを備える。２つのエンドキャップにより閉じられているこのランプユニットは、冷却液の循環を可能にするスリーブで囲まれている。
【００１７】
米国特許出願第２００５／２８４３２０号は、基板、磁気フィルムおよび抵抗フィルムにより形成される構造体の積層を可能にする装置について記載している。この装置は、まず、２つの圧盤および光源を備えている。この光源は、圧盤から離間して放射状に配置され、処理対象の構造体と同じ高さに配置される。
【００１８】
米国特許出願第２０１０／１０４６８２号は、それぞれの圧盤上に取り付けられる２つのプレス部材を備えるインプリント装置について記載している。光源は、上述の圧盤上に直接配置される。
【００１９】
上記に鑑み、本発明の１つの目的は、上記先行技術の不都合の少なくとも一部を克服することである。
【００２０】
本発明の主要な目的は、特に効率的かつ比較的簡素に、ホットプレスにより物品を製造することを可能にする工具を提案するために、十分な構造的解決策を提供することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、使用時に押圧力が作用する領域以外において、好適に相当な温度上昇をもたらさないホットプレス工具を提案することである。
【００２２】
本発明のさらに別の目的は、簡便な手法で方法のパラメータを変更するように、柔軟に使用できる工具を提案することである。
【００２３】
本発明のさらに別の目的は、かかる工具を備える設備であって、複数の層により形成される物品の製造、特に全固体Ｌｉ−ｉｏｎ電池の製造に適合された設備を提案することである。
【００２４】
本発明のさらに別の目的は、かかる電池を形成する各層を効果的に密着させることを可能にする製造設備を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明によれば、プレス機に取り付けられるホットプレス工具Ｏ１；Ｏ２により上記の目標が達成される。この工具は、
第１圧盤１２上に固定するための第１手段２９；６０を有する第１工具部２と、
第２圧盤１０上に固定するための第２手段１３、１４；７０を有する第２工具部３とを備え、
前記２つの工具部は、遠隔位置と、プレスチャンバ３００を定義する近接位置との間で相互に移動可能であって、
前記プレスチャンバの内部空間を加熱する手段５とを備え、
前記第１および第２工具部はそれぞれ、前記プレスチャンバに収容されるプレス対象物の対向面に押圧力を与えるのに適した第１プレス部材２８および第２プレス部材３８をさらに備え、
前記加熱手段が光放射により加熱を行う手段５であり、前記工具が放射エネルギーを前記対象物の方向に集束させることができる集束手段２６、２８、３６、３８、４６をさらに備えることを特徴とする、工具である。
【００２６】
単独にまたは技術的に互換性のある組み合わせにおいて、本発明の工具のその他の特徴によれば、
前記加熱手段は、光放射により加熱を行う少なくとも１つの部材５を備え、各加熱部材は、少なくとも１つのクオーツランプ５１と、各ランプ５１を収容するスリーブ５２と、前記スリーブの軸方向に延びる少なくとも１つのキャップ５３、５４であって、その対向する壁および前記スリーブの対向する壁が、熱伝導流体源と連通するように配置され得る環状空間を定義する、少なくとも１つのキャップを備える。
【００２７】
前記プレス部材の１つが、前記プレス対象物が戴置される多角形状、とりわけ矩形状の台座２８２を定義し、光放射により加熱を行う部材５が、この多角形台座の各辺に沿って設けられる。
【００２８】
各加熱部材５は、前記光放射の放出のための開口部４７が設けられた開放ハウジング４５に収容される。
【００２９】
前記集束手段が、各加熱部材を収容する前記ハウジング４５の壁の一部である反射部４６を備え、前記反射部が、前記加熱部材の放射領域５１に面して配置され、かつ、前記反射部のコーティングが前記光放射エネルギーを送り返し得る。
【００３０】
前記ハウジング４５の壁が、具体的には前記キャップである前記加熱部材の非放射領域５４に対向する、吸収部４６’と呼ばれる少なくとも１つの部分をさらに備え、前記吸収部のコーティングが前記放射エネルギーの吸収に適している。
【００３１】
第１工具部３が、加熱部材を収容する前記ハウジング４５または各ハウジング４５を定義する環状支持部材４を有する。
【００３２】
前記環状支持部材４が、第２工具部２に対して停止し得る、自由正面４２と呼ばれる正面を備える。
【００３３】
前記自由正面と前記第２工具部の間に、具体的には前記自由正面４２に設けられる少なくとも１つの溝４２’に収容される少なくとも１つのＯリング４２”である封止手段が設けられる。
【００３４】
前記環状支持部材４が、少なくとも１つの切欠部４８により凹んでおり、この支持部材の外面４４からそれぞれの収容ハウジング４５へのアクセスを可能にしている。
【００３５】
前記環状支持部材４が、各切欠部を覆う少なくとも１つのシャッター４８’を有し、前記シャッターは前記外面４４に着脱可能に固定される。
【００３６】
前記工具は、前記２つの工具部をプレス方向に対して横方向に相互に位置決めすることを可能にする横方向位置決め手段を備える。
【００３７】
前記横方向位置決め手段が、それぞれ前記支持リングの上および前記第２工具部の上に配置される補完肩部を備える。
【００３８】
前記放射エネルギーを集束させる前記手段が、各工具部について、前記放射開口部４７と前記プレス対象物が戴置される前記台座２８２との間の前記放射の軌道に沿って配置される、前記光放射を集束させる部材２８、３８および前記光放射を反射する部材２６、３６を備える。
【００３９】
前記光放射を集束させる前記部材２８、３８が２つの対向する正面を備え、前記２つの対向する正面が斜め側面２８３により結合され、各側面がそれぞれの加熱部材５に隣接している。
【００４０】
前記光放射を集束させる前記部材２８、３８は、シリカ製である。
【００４１】
前記光放射を集束させる各部材２８、３８がプレス部材を形成し、前記光放射を集束させる前記下側部材の上側表面が前記受け入れ台座２８２を形成する。
【００４２】
前記光放射を反射する前記部材２６、３６が、前記光放射を集束させる前記部材２８、３８の正面２８１に対して配置される。
【００４３】
前記光放射を反射する前記部材２６、３６は、研磨されたアルミニウム製である。
【００４４】
前記工具は、前記プレスチャンバ３００を制御雰囲気下に配置し、不活性ガス供給源および／または真空源に接続され得る手段４９をさらに備える。
【００４５】
各工具部をそれぞれの圧盤に固定する前記手段が、機械式の着脱可能な固定手段、具体的にはねじ留め１３、１４、２９である。
【００４６】
各工具部をそれぞれの圧盤に固定する前記手段が、磁気式の着脱可能な固定手段６０、７０である。
【００４７】
上記目標は、上記工具を実現する１つの方法によっても達成される。該方法は、
前記２つの工具部２、３を相互に離間した位置に配置し、
少なくとも１つのプレス対象物２００を前記プレス台座２８２に戴置し、
前記工具部を相互に近接する位置に移動させてプレスチャンバ３００を定義し、前記物体を前記プレスチャンバに閉じ込め、
前記チャンバの内部空間を目標温度まで加熱し、
前記チャンバの内部空間を前記目標温度に近い温度に保ちつつ、前記対象物の対向する面に圧力を加える、方法である。
【００４８】
単独にまたは技術的に互換性のある組み合わせにおいて、本発明の方法のその他の特徴によれば、
前記プレスチャンバの内部空間を大気圧より相当低い圧力、例えば、１０−３ミリバール以下とする。
【００４９】
前記対象物２００の対向する面２０１、２０２の少なくとも一方を、前記光放射エネルギーの吸収により適した機械的保護要素２０４、２０５、具体的には暗色コーティングを施した保護板で覆う。
【００５０】
前記対象物が少なくとも１つの基本セルよりなる積層体であり、前記基本セルのそれぞれがアノード層、カソード層および固体電解質の中間層から形成される。
【００５１】
前記チャンバの内部空間の温度を４００℃〜７００℃とし、かつ、１００ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力を前記対象物の対向する面に印加する。
【００５２】
前記チャンバの内部空間の温度を１００℃〜２００℃とし、かつ、５ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力を前記対象物の対向する面に印加する。
【００５３】
各工具部を個別にそれぞれの圧盤に機械的に固定する。
【００５４】
前記２つの工具部を磁気的に第１圧盤に固定し、そこへ第２圧盤を近づけて前記第２工具部を前記第２圧盤に磁気的に固定し、前記第２圧盤を前記第１圧盤から遠ざけて前記２つの工具部を互いに引き離す。
【００５５】
前記プレス工具の前記プレス部材の間に、複数のプレス対象物を重ねて配置する。
【００５６】
前記第１圧盤と前記第２圧盤の間に、複数のプレス工具を重ねて配置する。
【００５７】
上記の目標は、以下を含む物品製造設備によっても達成される。該物品製造設備は、
上記のようなプレス工具Ｏ１；Ｏ２と、
第１圧盤および第２圧盤１０、１２と、
前記プレス工具および前記圧盤を制御する手段１０６と、
前記プレス対象物を前記プレス工具の前記プレス台座に戴置し、プレス後に前記プレス台座から前記対象物を取り出すのに適した操作手段１１２、１１４とを備える。
【００５８】
好適な特徴によれば、本発明による前記設備は、前記プレスチャンバを制御雰囲気下に配置する前記手段４９への接続に適した真空源１１０および／またはガス源１１１をさらに備える。
【００５９】
上記の目標は、前記設備を用いて全固体Ｌｉ−ｉｏｎ電池を製造する方法によっても達成される。該方法は、
それぞれアノード層、カソード層および固体電解質の中間層により形成される少なくとも１つの基本セルよりなる積層体を、前記操作手段により前記プレス台座に配置し、
前記積層体を前記プレス工具によりホットプレスし、
プレス後に、前記積層体を前記操作手段により前記プレス台座から取り出し、
プレスされた前記積層体に対し、少なくとも１つの後仕上げ処理を施して、前記全固体リチウムイオン電池を得る、方法である。
【００６０】
前記電池の少なくとも１つの層、好ましくはすべての層の多孔率が、２０％未満、好ましくは１０％未満、さらにより好ましくは５％未満となるように前記プレス動作を行う。
【００６１】
上記の目標は、上記のような製造方法により得られうる、全固体リチウムイオン電池によっても達成される。
【００６２】
前記電池の好適な特徴によれば、前記電池の少なくとも１つの層、好ましくはすべての層の多孔率が、２０％未満、好ましくは１０％未満、さらにより好ましくは５％未満である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明を非限定的な例によってのみ記載する。
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるプレス工具の２つの構成部分が互いに離間し、かつ、２つの圧盤上にそれぞれ取り付けられた状態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示すプレス工具の下側部分を形成する要素を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、組み立て後の工具の下側部分を示す斜視図である。
【図４】図４は、図１に示すプレス工具の上側部分を形成する要素を示す分解斜視図である。
【図５】図５は、図１の状態のプレス工具の斜視図である（圧盤は図示せず）。
【図６】図６は、本発明によるプレス工具の支持リングを特に示す斜視図である。
【図７】図７は、図６に示す支持リングを示す平面図である。
【図８】図８は、本発明によるプレス工具の加熱部材を示す斜視図である。
【図９】図９は、図８に示す加熱部材を示す縦断面図である。
【図１０】図１０は、２つの圧盤に取り付けられた、本発明によるプレス工具を特に備えた物品製造設備を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明のプレス工具により処理される、保護板で被覆された積層体を示す正面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態によるプレス工具の２つの構成部分が互いに近接している状態を示す、図１と類似の縦断面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示すプレス工具が図１１の積層体に押圧力を印加している状態において、プレス工具のプレスチャンバ内での光放射の軌道を拡大して示す、図１２と類似の縦断面図である。
【図１４】図１４は、図１２のプレス工具の上側部分の底面を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、図１２のプレス工具の２つの構成部分のそれぞれの圧盤への取り付けを示す図である。
【図１６】図１６は、図１３のプレス工具の２つの構成部分のそれぞれの圧盤への取り付けを示す図である。
【図１７】図１７は、図１４のプレス工具の２つの構成部分のそれぞれの圧盤への取り付けを示す図である。
【００６４】
本明細書においては、以下の参照符号を使用する。
【００６５】
【表１】
2019526450.tif 000003
【発明を実施するための形態】
【００６６】
添付の図面に、本発明によるホットプレス工具の２つの実施形態を示す。図示された例において、これらの工具は、図１１を参照してより詳細に説明する積層体または組立体の処理に使用される。以下に示すように、これらの積層体は、全固体Ｌｉ−ｉｏｎ電池を形成することを目的としている。前述のように、これらの電池は、特に高温高圧下において焼結または拡散溶接により、または低温低圧下において接着または重合により、組立可能である。
【００６７】
とはいえ、本発明によるプレス工具は、他の用途、とりわけ、少なくともいくつかの構成部品が焼結、拡散溶接、重合または接着によって組立可能なすべての種類の物品の製造に適用することができる。より一般的には、本発明のプレス工具は、本明細書の前文において示した先行技術の解決方法により製造されるような組立品の製造にも適用される。
【００６８】
図１〜図１０に、本発明の第１の実施形態によるプレス工具を示す。これを全体として参照符号Ｏ１で示す。工具Ｏ１は、以下において詳述する機械式の着脱可能な固定手段により、プレス機に取り付けられるようになっている。図１２〜図１４に、本発明の第２の実施形態によるプレス工具を示す。これを全体として参照符号Ｏ２により示す。以下に示すように、工具Ｏ２は、磁気式の着脱可能な固定手段によりプレス機に取り付けられるようになっている点で上記Ｏ１とは実質的に異なるものである。
【００６９】
図１２〜図１４において、工具Ｏ１の機械的要素と同一である工具Ｏ２の機械的要素には同一の参照符号を付す。両実施形態に共通であるこれらの機械的要素を説明する際には、図１〜図１０または図１２〜図１４のいずれかに無差別に言及することとする。しかしながら、構造および／または機能において工具Ｏ１の機械的要素とは異なる工具Ｏ２の機械的要素には、異なる参照符号を付す。
【００７０】
図１０に示すプレス機は、図１において部分的に拡大して示されている。それ自体公知の方法において、このプレス機は、フレーム１０２の支持台１０４から伸びる側板１１上に取り付けられた不動の上側圧盤１０を備えている。支持台およびフレームを示す図１０は、以下に詳述する他の機械的要素も示している。このプレス機は、特に図１に示す下側圧盤１２をさらに備える。
【００７１】
下側圧盤１２は、上側圧盤１０に対し、プレス方向と呼ばれる方向に移動可能である。プレス方向は、各圧盤の主平面に垂直な方向であって、図示された例においては鉛直方向である。下側圧盤は、上述の支持台１０４に形成される開口部（図示せず）を通ってスライドするが、この移動は、シリンダ（図示せず）等の適切な手段により実現される。あるいは、図示しないが、固定された下側圧盤に対して上側圧盤が可動であってもよく、または支持台に対して２つの圧盤が可動であってもよい。
【００７２】
図１において、ホットプレス工具Ｏ１は、それぞれ圧盤に取り付けられた２つの工具部２および３を備える。図２および図３に示すように、工具部２は、ねじ止め等の適切な手段により、シーリングジョイント（図示せず）を介してスペーサ部２１に固定されるソール２０を備える。スペーサ部２１の下面は、図１０に示す後述の遠隔ユニットからの熱伝導流体を循環させるための流路２２（図１２参照）が形成されて凹んでいる。これらの流路の入口２２１は、上述の流体源と接続するコネクタ２２２と同様、図２において確認できる。スペーサ部２１は、センタリングおよび位置決めのためのテンプレート２４を支持する、同様に環状のフランジ２３に、具体的にはねじ留めにより固定されている。
【００７３】
上記の要素、２０、２１、２３および２４の中央空間は、まず、プレス動作中に圧力を伝える部材を形成する円筒状のベース２５により占有される。ベース２５は円盤２６を支持するが、その周辺部は上記フランジ２３により正しい位置で保持される。円盤２６は、中間光部材と呼ばれる光学部材を形成する。つまり、円盤２６は、光加熱部材とプレス対象物が戴置される台座との間の放射軌道上に挿入される。この円盤２６は反射器を形成する。つまり、照射される光放射のほぼ全てを反射するようになっている。この目的のために、円盤２６は一般的にアルミニウム製である。さらに、光放射と接する面、つまり図示された例における上面は、研磨されている。
【００７４】
好適には、パッド２７は、適切な手段によりベース２５の下面に固定されている。例えば銅製のこのパッド２７は、適切な種類の温度プローブ（図示せず）を有する。さらに、上記パッド２７と同様の追加パッド２７’が設けられているが、その機能は、特にプレス動作中に円盤２６を機械的に保護することである。
【００７５】
最後に、その形状について以下に詳述するブロック２８は、円盤２６上に配置されている。ブロック２８は、もう１つの中間光学部材を形成する。つまり、円盤２６と同様に、光加熱部材とプレス対象物を戴置する台座間の放射軌道上に挿入される。ブロック２８は集光器を形成する。つまり、加熱部材からの光放射を集束させ、それを上述の反射器２６の方向に向けるようになっている。この目的のために、集光器２８は一般的にシリカ製である。
【００７６】
特に図２、図３、図１２および図１３に示すように、集光器２８は、反射器２６に載っている下面２８１と、本発明により処理される積層体の台座を形成する上面２８２とを備える。上から見ると、下面は円形であるが、上面はほぼ正方形である。この２つの面２８１および２８２は、鉛直方向に対して傾斜している平坦な側面２８３により結合される。好適には、各側面２８３は、鉛直方向との間で、図１３に示す角度Ａ２８３を形成する。この角度は３０°〜６０°、とりわけ約４５°である。
【００７７】
集光器の上面２８２は、４つの辺を有していることから、４つの側面２８３により下面２８１に結合される。あるいは、上面はその他の多角形状、とりわけ６つの側面を有する六角形状であってもよい。しかしながら、比較的簡素な構造をもたらす対称性を与え得る４つの側面を有する正方形が好ましい。
【００７８】
面２８２の寸法は、処理される積層体の寸法よりわずかに大きくなるように選択される。集光器の高さＨ２８（図１２参照）は、好適には１５〜４５ミリメートルである。演繹的には、下面２８１の寸法は、面２８２の寸法、ならびに高さＨ２８および角度Ａ２８３に依存する。反射器２６の径方向寸法は、集光器の対向面の寸法よりも明らかに大きくなるように選択される。
【００７９】
工具部２は、下側圧盤１２にカラー２９（特に図５に示す）により着脱可能に固定される。カラー２９にはまず軸穴２９１が設けられており、カラーを下側圧盤１２に強固に結合することを可能にするねじ等の手段（図示せず）が通るようになっている。カラー２９は、さらに、その対向する面に半径方向ノッチ２９２および２９３が設けられて凹んでいる。各ノッチは、可動ドッグ２９４を収容する。当然のことながら、すべてのドッグが図５に示されているわけではない。各上側ドッグ２９４は、半径方向内側端において、対向する下側ドッグとの協働に適したロック部材２９５を有する。最後に、カラー２９は、以下に詳述する操作アームの取り付けのためのロッド２９６を有している。
【００８０】
工具部２を圧盤１２に固定するために、まず、ドッグ２９４を半径方向外側に配置してカラー２９をこの圧盤に強固に結合する。これにより、工具部２は、このカラーの中へ自由に挿入され、しかるべき最終位置に設置することができる。次に、ドッグを矢印Ｆ２９４に沿って半径方向内側に移動させた後に、ロック部材２９５を作動させる。このように、各ドッグ対によってソール２０を固定することができるので、工具部２全体をカラー２９、ひいては圧盤１２に対して固定することができる。
【００８１】
特に図４および図１２に示すように、上側工具部３はソール３０を備える。それ自体公知の方法により、このソールは、ボールジョイント１３を介して着脱可能に圧盤１０に固定される。ボールジョイント１３は、圧盤１０にねじ込まれる中間板１４を介してこの圧盤１０に強固に結合される雌領域１３１を備える。さらに、ソール３０は、上述の雌領域１３１と協働する雄領域１３２に固定されている。このボールジョイント１３の存在により、使用中における２つの工具部２および３を従来の方法で十分に整合させることができる。
【００８２】
ソール３０は、具体的にはねじ留め等の適切な手段により、シーリングジョイント３１１を介してスペーサ部３１に固定されている。スペーサ部３１の下面は、上述の遠隔ユニットからの熱伝導流体を循環させるための流路３２が形成されて凹んでいる。これらの流路の入口３２１は、この流体源と接続するコネクタ３２２と同様、図４において確認できる。スペーサ部３１は、具体的にはねじ留めにより、同様に環状の部品フランジ３３に固定されている。
【００８３】
上述の要素３０、３１および３３の中央空間は、まず、反射円盤３６を支持する円筒状のベース３５により占有される。この円盤の周辺部は上述のフランジ３３により適切な位置で保持されている。好適には、温度プローブを有するパッド３７は、ベース３５とケース基部との間に配置される。さらに、上記パッド３７と同様の追加パッド３７’が設けられているが、その機能は特にプレス動作中に円盤３６を機械的に保護することである。最後に、集光器３８は、反射器３６の上に戴置されている。機械的部材３５、３６および３８は、その機能、性質および寸法において、それぞれ上記部材２５、２６および２８と同一である。これは、中央の水平面について工具の対称性を与えることを可能にし、プレス品質および光放射の集束に関して好適である。
【００８４】
上側工具部３は、複数の機能を有するリング４をさらに有する。以下に説明するように、このリングは、使用中にプレスチャンバの周囲側壁を形成し、加熱部材５を支持する。その構造を以下に説明する。
【００８５】
図６および図７により詳細に示すこのリング４は、例えば、アルミニウム製である。リング４は、２つの対向する正面４１および４２と、半径方向に対向する２つの面、すなわち内面４３および外面４４を有する。図１２に示すように、このリングの上正面４１は、適切な種類の固定手段４’によりスペーサ部３１に着脱可能に固定されている。リング４の下正面４２は、図１の位置では下側工具部２から離間しているが、図１３の位置では工具部２に接触している。
【００８６】
特に図１に示すように、リング４の自由正面４２は、図１２に示すように工具部２に形成される補完肩部２Ｅと協働する、肩部４２Ｅを定義している。２つの肩部は、このリングとこの工具部とを、プレス方向を横断する方向（この場合には水平方向）に相互に位置づけることを可能にする。
【００８７】
Ｏリングシール４１”および４２”を収容するための少なくとも１つの円形溝４１’および４２’は、正面４１および４２のそれぞれに設けられる。各正面について、２つの相互に隣接する同心溝を使用することが好ましい。上側工具部３を形成する機械的部材を相互に組み立てた後に、第１正面４１とフランジ３３との間でジョイント４１”をプレスする。さらに、工具の動作位置において、下側工具部２の反対側の正面４２と対向壁との間でジョイント４２”をプレスする。
【００８８】
支持リング４は複数のハウジング４５が形成されることで凹んでいるが、各ハウジング４５は、対応する光放射加熱部材５を収容するようになっている。多数のハウジング４５が設けられているが、その個数は反射器の側面の個数に等しい。上から見ると、各ハウジングは、集光器２８の上面のそれぞれの辺に実質的に平行に伸びている。
【００８９】
本発明の工具に設けられる加熱部材５の１つを示す図８および９を参照する。当然のことながらこれらの種々の部材は好適には同一である。図示された実施形態において、各加熱部材５は、同じくクオーツ製の周辺スリーブ５２で囲まれた、それ自体公知の２つのクオーツランプ５１を備える。好適には、これらのランプの出力は調整可能である。スリーブ５２は、長手方向の両端において、それぞれショートキャップ５３およびロングキャップ５４と呼ばれる、長さの異なる２つのキャップに強固に結合される。
【００９０】
加熱部材５は、キャップ５３から突出してエンドピン５５’および５６’となっている、それぞれの電気接続要素５５および５６をさらに備える。これらのピンは、それ自体で公知の電源に接続され、好適には図１０の制御ユニット１０６と一体化されてランプ５１に電力を供給する。さらに、センタリングピン５７がキャップ５４から突出し、ハウジングの壁に対して加熱部材５の位置決めを可能にするようになっている。好適には、各キャップ５３および５４は、スリーブ５２の対向する壁とともに環状周辺空間５８および５９を形成している。後者は、熱伝導流体源、具体的には上記流路２２および３２と協働する熱伝導流体源と連絡するように配置されている。このことは、キャップ５３および５４が使用中に高温になりすぎることを防止して、これらの機械的結着性の維持を可能にしている。
【００９１】
再び図６および図７において、各ハウジング４５は主壁４６に接しており、円筒形状の横断断面を有する。ハウジングの内径は、各ランプがハウジング内にくさび止め固定されるか、または締まりばめされるように、各ランプの本体の外径と比較してごくわずかに大きい。図１２に示すように、壁４６は、リングの中心の方向を向いている、放射開口部と呼ばれる開口部４７を有する。図１２に、各工具部の主面に平行であって、ハウジング４５の中心を通る面Ｐ４５を示す。この面は、本実施形態では水平面である。放射開口部４７は、好適にはこの面Ｐ４５について対称に伸びている。
【００９２】
ランプ５のスリーブ５２は、使用中、主壁４６に向かって伸びるが、一方そのロングキャップ５４は二次壁４６’（図６参照）に向かって伸び、上述の壁４６を軸方向に延長する。これらの壁４６および４６’は、相異なる表面コーティングを有することが好ましい。したがって、好適には、主壁４６は各ランプ５からの光放射を反射できる一方、二次壁はこの放射を吸収することができる。この目的のために、主壁は、例えば、金泥により塗装される一方、二次壁は、例えば、暗色塗料により塗装される。
【００９３】
各ハウジング４５は、リング本体に形成された切欠部４８を介してリングの外面４４と連絡するように配置される。これにより、オペレータが各ランプをそれぞれのハウジングへ取り付けることができる。各切欠部は、好適には図７に示す、外面４４に着脱可能に固定されるシャッター４８’によって閉じられる。この目的のために、外面に設けられたねじ穴４８”に入れられるねじ（図示せず）を用いてもよい。最後に、このリングはノズル(図示せず)により供給されるエンドキャップ４９を有する。ノズルは、以下に記載する真空源または不活性ガス源と連通するように配置され得る。
【００９４】
以下、本発明のプレス工具Ｏ１を具備する物品製造設備を示す図１０を再度参照する。全体として参照符号１００により示されるこの設備は、まず、上述したフレーム１０２および支持台１０４を備える。この設備は、工具Ｏ１の取り付けを可能にする種々の周辺装置をさらに有する。これらの装置はそれ自体公知であるので、以下では詳述しない。図１０に以下を示す。
【００９５】
特にランプに電力を供給する手段を備えた制御ユニット１０６。
【００９６】
概略的に図示され、特に圧盤に設けられた冷却流路２２、３２および加熱部材５の環状空間５８、５９への供給に適したノズル（図示せず）を有する冷気生成ユニット１０８。
【００９７】
概略的に図示され、特に支持リングに設けられたエンドキャップ４９への供給に適したノズル（図示せず）を有する、真空源を形成する真空ユニット１１０。
【００９８】
概略的に図示され、上記エンドキャップ４９への供給に適したノズル（図示せず）を有する、ガスまたは混合ガスを供給するユニット１１１。
【００９９】
可動アーム１１４を備え、反射器の上面により形成されるプレス台座２８２に処理対象物を配置し、好適には配置された対象物に設けられた穴に挿入されるピン等のセンタリング手段（図示せず）を有する、操作ユニット１１２。
【０１００】
前述のように、本発明の第２の実施形態による工具Ｏ２は、磁気性の着脱可能な固定手段によってプレス機に取り付けられる。この目的のために、特に図１２に示すように、各ソール６０および７０は、それぞれの圧盤１０および１２に磁気的に固定されるようになっている。各ソールは、例えば、磁気性材料でできており、隣接する圧盤の磁気材料と協働する。あるいは、このソールは非磁性材料でできていてもよく、その場合には隣接する圧盤への固定のために１または複数の磁石を設けてもよい。
【０１０１】
上述したプレス工具Ｏ１またはＯ２および製造設備１００の実施について以下に詳細に説明する。まず、各工具部２、３をそれぞれの圧盤に固定する。上記のように、工具Ｏ１の場合、所定の位置決めに従うねじ留めによって固定がなされる。工具Ｏ２の設置は、工具Ｏ１のそれとは異なるが、図１５〜図１７を参照して説明する。これらの図面は、２つの工具部２および３、ならびに２つの圧盤１０および１２を示している。
【０１０２】
まず、２つの工具部２および３を単純な重力により互いに重ね合わせる。この構成において、完全な工具Ｏ２が容易に操作可能である。次に、この工具をプレス機の下側圧盤１２の上に配置する。このとき上側圧盤１０は下側圧盤から離間している（図１５参照）。次に、下側工具部を下側圧盤１０に磁気的に強固に結合させる。
【０１０３】
次に、２つの圧盤を矢印Ｆ１２に沿って互いに接近させ、上側工具部３と上側圧盤１０を互いに接触させる（図１６参照）。この構成において、上側工具部３はこの圧盤１０に磁気的に強固に結合される。しかし、有意な押圧力は工具に印加されていない。
【０１０４】
続いて、２つの圧盤を矢印Ｆ’１２に沿って互いから離れるように移動させる。２つの工具部はそれぞれの圧盤に固定されているので、それらも互いから離れるように移動する（図１７参照）。これにより、工具Ｏ２の２つの工具部は、工具Ｏ１に対し、図１を参照して説明した配置と同様に配置される。次に、プレス対象物を台座２８２の上に戴置する。互いに離間した２つの工具部の間に中間空間Ｅが形成されているので、この台座へは容易にアクセスできる。
【０１０５】
図示していないが、好適な変形例によれば、複数の工具を積み重ねることができ、一台のプレス機の２つの圧盤の間で類似の工具を重ね合わせることができる。この変形例は、とりわけ磁性の工具部に適応できる。なぜなら、２つの異なる工具における隣接する部分を容易に固定し、かつ、相互に位置決めすることができるからである。
【０１０６】
本実施形態では、プレス動作は、上述のように全固体Ｌｉ−ｉｏｎ電池の作成を目的とする複数層からなる積層体に対して行われる。図１１において、全体として参照符号２００により示されるこの積層体は、３つの層すなわちアノード層２０１、カソード層２０２、および固体電解質の中間層２０３からなる単一の基本セルを備える。あるいは、この積層体を上記のような複数の基本セルの集合体によって形成することも可能である。これらのセルは、それ自体で公知の方法により、上下に配置され、並列に接続される。各セルは、さらに接続手段、具体的には電気接続手段を備える。これらは従来型の手段であり、図１１には図示していない。
【０１０７】
板２０４および２０５はそれぞれ、終端層２０１および２０２に対して配置することが望ましい。図１２および図１３に示すこれらの板は、まず、プレス工程中に集光器２８および３８を機械的に保護する機能を有し、これらに加えられる圧力を制限することを目的としている。さらに、これらの板２０４および２０５は、これらの層上に存在することが考えられる埃が、ランプから発せられる光放射の軌道に干渉することを防止することができる。この点について、以下に図１３を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【０１０８】
各板は、好適には上述の機能に適した機械的特性を有する材料、例えば炭素またはＤＩＬＶＥＲ（登録商標）Ｐ１型の鋼でできている。この板は、ランプの放射エネルギーを吸収するコーティング、例えば、暗色コーティングを有することが好ましい。例えば、各板の厚さＥ２０４またはＥ２０５は、一般的に５ミリメートルほどである。各板２０４および２０５のその他２つの寸法は、その主面において、それが覆う層２０１または２０２のそれに近い。
【０１０９】
好適には、隣接する層よりもわずかに大きい板を作成することが選択される。したがって、この板は周端部２０４’または２０５’を有し、その寸法Ｌ２０４’またはＬ２０５’は、例えば、数ミリメートルほどである。この周端部の存在により、各層２０１または２０２が、特にＯ１またはＯ２の台座２８２への取り付け中または厳密にはプレス中に、保護板２０４または２０５により常に覆われることを可能にする。なお、図１１において、図面を見やすくするために、各種機械要素のそれぞれの縮尺は考慮していない。
【０１１０】
次に、操作アームにより、上述した積層体２００を２つの保護板２０４および２０５の上に配置する。保護板はテンプレート２４により位置決めされ、その位置に保持される。次に、シリンダを動かして可動圧盤を固定圧盤に向かって移動させる。これにより、２つの工具部が接近する。この運動の終了時に、リング４の正面４２が下側工具部２に当たって停止し、Ｏリング４２”の圧縮が生じる。
【０１１１】
図１２および図１３の拡大図で示した工具部のこの近接配置により、図１２および図１３の参照符号３００で示されるプレスチャンバを定義することができる。制御雰囲気下でのプレスチャンバ３００の内部空間の配置方法に関し、本発明には４つの選択可能な変形例がある。
【０１１２】
第１の変形例では、エンドキャップ４９を真空源１１０に接続して、チャンバ３００内に部分真空を生成する。非限定的な例示として、このチャンバは、１０−３ｍｂａｒに近い圧力下に置かれる。第２の変形例では、エンドキャップ４９と不活性ガス源１１１とを接続して、プレスチャンバの内部空間を不活性化する。この２つの変形例では、積層体の構成要素が大気と接触しないような配置とすることができる。これは、これらの要素が酸化を防止しなければならないリチウム等の成分を含む場合に特に好適である。
【０１１３】
第３の変形例では、不活性ガス源１１１は、不活性ガスをプレスチャンバ３００の内部空間に供給する。
【０１１４】
第４の変形例では、プレスチャンバは閉塞されるが、真空下には置かれず、また、ガスによる掃引も行われない。換言すると、特定の密閉を行わないので、簡素化の点で好適である。この変形例が用いられるのは、本発明によるプレスの対象となる物品が酸化の影響下で変質する可能性のある成分を含まない場合である。
【０１１５】
その後、加熱部材５のランプを作動させて、チャンバ３００内の温度を上昇させる。積層体２００は、高温高圧における処理または低温低圧における処理の対象となり得ることはすでに述べたとおりである。前者の場合、チャンバは一般的に４００℃〜７００℃である、プレス温度と呼ばれる目標温度に置かれるが、後者の場合には、一般的に１００℃〜２００℃である目標温度に置かれる。
【０１１６】
好適には、温度は例えば１００℃／分に近い速度で連続的に上昇させる。このような条件下で、温度上昇フェーズの持続時間は、組立が焼結または接着によるかにもよるが、一般的には数分である。目標温度の値に従って、各ランプ５１の電力を調整する。この閾値温度があまり高くない場合、一般的に組立を接着または重合で行う場合には、上記ランプの一部のみを使用することも可能である。
【０１１７】
図１３に、ランプ５１により処理対象である積層体２００に向けて放射される光放射の軌道を示す。図１３では、明確化のために、以下の構成要素のみが図示される。
【０１１８】
積層体２００およびその保護板２０４、２０５
この積層体の対向する側面に設けられる２つの加熱部材５ａおよび５ｂ
ランプを収容するハウジングの壁４６ａおよび４６ｂ
２つの反射器２６および３６、ならびに２つの集光器２８および３８
図１３では、放射の軌道をわかりやすくするために、積層体２００ならびに中間光部材２６、２８、３６および３８は、それらの横方向寸法に応じて部分的に図示されている。さらに、図面全体の簡素化のために、下向きの光放射の軌道、すなわち下側集光器２８、内側反射器２６および積層体２００の下面に向かう軌道のみを図示する。なお、上向きの光放射の軌道、すなわち上側集光器３８、上側反射器３６および積層体の上面に向かう軌道は、中間面Ｐ４５に関して、下向きの光放射の軌道と実質的に対称である。
【０１１９】
起動後、加熱部材５ａおよび５ｂのランプ５１ａ、５１ｂは、横断面で見た場合に等方性光放射を発する。その結果、この放射の一部は、矢印Ｒ１に沿って壁４６ａおよび４６ｂへ進む。上述したように、これらの壁にはこの放射の反射に適するコーティングが施されているので、この放射は壁の反対方向、つまり矢印Ｒ２の方向に反射される。したがって、実質的にすべての放射が、矢印Ｒ３に沿って、放射開口部４７を介してハウジングから放出される。なお、図６に示すように、ランプのキャップに対向する吸収壁４６’を設けることが好適である。実際、これらの吸収壁は、熱放射がこのキャップに向かって相当に逆戻りすることを阻止し、キャップにダメージを与えうる加熱が生じることを防止している。
【０１２０】
Ｒ３に沿って発せられた放射は、次に集光器２８の対向する側面を通過して矢印Ｒ４の方向に進むが、その方向は実質的に変位しない。その後、反射器２６に向かって進み、反射器で積層体２００に向かって、すなわち矢印Ｒ５の方向に反射される。放射は、次に保護板２０４に到達し（矢印Ｒ６）、ここで吸収される。上述したように、この板には放射エネルギーを吸収するコーティングが施されているからである。
【０１２１】
なお、反射器２６の下流側では、実質的にすべての放射が鉛直方向に向かっている。さらに、この放射は積層体全体に向かっているのみならず、この放射のうち、この積層体の外側端部の外に向かう部分は実質的に存在しない。符号Ｒ６ａおよびＲ６ｂは、上述の外側端部近傍に向けられているこの放射の外側部分を示す。このことは、実質的にすべての放射エネルギーが積層体２００を加熱するために利用されるので、エネルギー損失を防止し、最適な歩留まりを保証することから、特に好適である。
【０１２２】
さらに、この積層体の直近に位置する機械的部材は実質的に熱量を受けない。換言すると、積層体の外側端部近傍には急峻な熱勾配が存在する。したがって、これらの機械的部材は特段の耐熱性を有する必要がないため、製造コストが低減する。特に、シーリングジョイントをプレス領域近傍に配置することができるので、工具の全体的な嵩が小さくなり、これらのジョイントを安価な材料で製造することが可能になる。この長所は、プレスが真空下で行われる場合に特に顕著となる。
【０１２３】
板２０４および２０５を使用することもまた、エネルギー効率の点において好適である。実際に、かかる板を設けない場合、埃等の不純物が積層体の面上で光放射と接触することが考えられる。この場合、これらの不純物は、放射の一部を吸収せず、それを反射する傾向がある。この反射された部分は次に反射器２６に向かい、そこでまた不純物の方向に反射される。このような場合、放射の一部は、積層体を加熱するために効果的に使用されないという意味において非効率である。さらに、注目すべきことに、加圧されたシリカ上に埃が存在すると、シリカに亀裂が生じたり、破損することがある。
【０１２４】
チャンバ３００の内部空間が所望の目標温度に達すると、積層体２００の対向する面に押圧力が印加される。押圧力が印加される間、ベース２５および３５は、圧力伝達のための部材となる一方、ブロック２８および３８は、その光学的機能のほかにプレス部材としての追加的な機能を発揮する。
【０１２５】
チャンバを前述の目標温度に近い温度に保ちつつ、この力を加える。非限定的な例として、焼結または拡散溶接による組立の場合、この押圧力は１００ＭＰａ〜２００ＭＰａである。接着または重合による組立の場合、この押圧力は５ＭＰａ〜１０ＭＰａである。プレス工程の持続時間は、一般的に５分〜２５分である。なお、持続時間は実行する組立モードに関係なく、ほぼ同じである。
【０１２６】
図１３において、下側工具部２は、円盤２６のための、軸方向に離間した２つの停止機構、すなわち上側停止機構２６Ｈおよび下側停止機構２６Ｂを定義する。同様に、上側工具部３は、円盤３６のための、軸方向に離間した２つの停止機構、すなわち上側停止機構３６Ｈおよび下側停止機構３６Ｂを定義する。したがって、円盤２６および／または円盤３６が一定の弾力性を有することができ、上記停止機構のいずれかに支えられうる。図１３では、矢印Ｆ２６およびＦ３６がこれらの軸方向移動の可能性を示している。当業者は、少なくとも１つの円盤の軸方向移動の可能性を利用して、機械的プレス動作を最適の方法で行うことができる。これに関して、当業者は、図１２の矢印Ｆ７０で示すように、ソール７０をブロック３５に対して軸方向に移動させることもできる。
【０１２７】
プレス動作の後、ランプは消灯され、チャンバ３００内の温度が低下する。この温度が所定の値、例えば、２００℃近くに達すると、真空ユニットが停止し、チャンバ３００の内部空間は再び大気圧となる。このチャンバの温度が周囲温度に近づくと、本発明に従って処理された積層体が、操作アームによりチャンバから取り出される。このプレス動作により、この積層体を形成する層は、所望の程度に密着される。続いて、この積層体に対し、場合により既知の光学的な後処理、具体的には保護コーティング形成および／または切断および／または電気接点の追加を行う。
【０１２８】
プレス動作は、好適には、少なくとも１つの薄層、好ましくは電池のすべての薄層が２０％未満、好ましくは１０％未満、さらに好ましくは５％未満の多孔率を有するように行われる。密な堆積物は、空洞または亀裂を含まない堆積物である。しかし、それは、細孔を有し、その密度はパーセンテージで表され、次のように計算される。
【０１２９】
多孔率［％］＝［バルク物質密度−真密度］／真密度］×１００
ただし、「真密度」とは堆積した層について測定された密度であり、バルク物質密度は、堆積することで細孔を形成する粒子の存在を無視した場合の塊状密度（massive density）である。
【０１３０】
本発明によって、上記プレス工具を使用して得られる電池は、電極が薄い場合に高い電力密度を有する。また、この電池は、極めて低い空隙率により高いエネルギー密度（公知のリチウムイオン電池の約２倍）を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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